CN115144767B - 一种分时复用的分布式新能源电池监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分时复用的分布式新能源电池监测系统，分布式新能源电池模拟前端模块的输入端与新能源电池的正极和负极连接，分时复用器模块的输入端与分布式新能源电池模拟前端模块的输出端连接；分时复用器模块能够接收云端提供的指令信号，根据云端指令复用分时复用器模块传输分布式新能源电池电压和温度的电信号；模数转换器模块的输入端与分时复用器模块的输出端连接，将分布式新能源电池电压和温度的电信号转换为新能源电池电压和温度的二进制信号，云端与模数转换器模块输出端连接。实现了同时采集新能源电池组电芯的电压和温度状态参数，提高了分布式新能源电池监测系统的传输效率，降低了分布式新能源电池监测系统的成本和复杂程度。

Description

一种分时复用的分布式新能源电池监测系统

技术领域

本发明涉及新能源电池领域，更具体地，涉及一种新能源电池监测系统，尤其涉及一种基于分布式实现的新能源电池状态数据监测系统。

背景技术

新能源电池状态数据采集及监测系统是一种对新能源车组进行安全监控及有效管理的必要系统，能够显著提升新能源电池使用效率。

以锂电池为例，锂电池的可用容量容易受到温度的影响，也容易由于电池管理系统的延迟误差影响电池监测错误，导致电池组内的电芯过充或者过放；同时为了实时监测新能源电池工作状态，需要提高新能源电池管理系统的工作效率，避免产生新能源电池的安全问题。

以动力电车为例，多个新能源电池组串联组成电池阵列，不同新能源电池位置和排列顺序不同受温度影响各有不同，传统单点式温度监测对新能源电池状态温度误判产生严重隐患。

本发明提出分时复用的新能源电池分布式监测系统是一种对新能源电池组效率提升、安全监控和状态管理的结构。通过分时复用器模块有效简化电池监测系统，减少了新能源电池监测系统冗余模块，延长了分布式新能源电池监测系统使用寿命。所提出的分布式监测系统能够采集并监测各个分散布设的新能源电池的电芯电压和电芯温度，有效避免了局部出现异常温度导致电池发生过压、过温的紧急状态。

发明内容

鉴于以上背景技术提及的问题，本发明的目的在于提出了一种分时复用的新能源分布式电池监测系统，能够监测新能源电池组电芯电压和电芯温度的状态参数；提高新能源电池组的工作效率，优化新能源电池纷繁复杂冗余的管理结构，延长新能源电池监测系统使用寿命。分时复用的新能源分布式监测系统实现了同时采集新能源电池组电芯电压和电芯温度的状态参数，提高了分布式新能源电池监测系统的传输效率，降低了分布式新能源电池监测系统的成本和复杂程度。

为实现上述目的，本发明提出了一种分时复用的分布式新能源电池监测系统，该分时复用的新能源分布式监测系统能够用于实时采集被监测的新能源电池的状态数据信号，包括分布式新能源电池模拟前端模块、分时复用器模块、模数转换器模块以及云端；所述分布式新能源电池模拟前端模块为比例放大电路，比例放大电路包括新能源电池监测输入点和新能源电池监测输出点，新能源电池监测输入点用以连接需要监测的新能源电池；各个分布式新能源电池模拟前端模块分布布设形成新能源电池的分布式监测结构；所述分时复用器模块上设有多个输入端和两个输出端，分时复用器模块的输入端与新能源电池监测输出点连接；所述分时复用器模块的两个输出端通过模数转换器模块与云端连接。本发明能够提高分布式新能源电池监测系统的工作效率，减少分布式新能源电池监测系统冗余模块，延长分布式新能源电池监测系统使用寿命。

进一步地，所述的比例放大电路由运算放大器U和电阻R组成，电阻R包括定值电阻和比例电阻；被监测的新能源电池正极和负极分别连接两个不同定值电阻的正端，该两个不同定值电阻的负端均与比例电阻的正端以及运算放大器U的输入端连接；比例电阻的负端连接至运算放大器U的输出端。比例放大电路的放大倍数按照放大比例设计，所述放大比例为被监测的新能源电池最大电压与模数转换器模块的最大输入电压之比。

进一步地，分时复用器模块的输入端能够满足被监测的新能源电池的状态数据信号采集需求，且分时复用器模块的输入端数量大于等于两倍被监测的新能源电池数量；所述的状态数据信号包括新能源电池的电芯电压信号和电芯温度信号；所述分时复用器模块的两个输出端能够同时输出新能源电池的电芯电压信号和电芯温度信号。

进一步地，所述的新能源电池的电芯电压信号和电芯温度信号，经由分布式新能源电池模拟前端模块的比例放大电路获得：当新能源电池的电芯电压发生变化时，通过分布式新能源电池模拟前端模块的比例放大电路采集电芯电压信号，并将电芯电压信号比例放大后传输至分时复用器模块的输入端；当新能源电池的电芯温度发生变化时，通过分布式新能源电池模拟前端模块的比例放大电路采集电芯温度信号，并将电芯温度信号比例放大后传输至分时复用器模块的输入端。分时复用器模块具有两个输出端，一个输出端与新能源电池的电芯电压信号连接，另一个输出端与新能源电池电芯温度信号连接。分时复用器模块的两个输出端中，由云端控制指令选择某一被监测的新能源电池的电芯电压信号或电芯温度信号的输出，根据不同时段复用同一分时复用器模块输出被监测新能源电池的状态数据信号。

进一步地，模数转换器模块上设有多个输入端，能够涵盖各个分时复用器模块的输出端并与分时复用器模块的输出端连接，模数转换器模块的输出端与云端连接。分时复用器模块能够接收云端提供的指令信号，所述云端根据被监测新能源电池控制分时复用器模块选择输出状态数据信号，并将输出状态数据信号连接至模数转换器模块。所述模数转换器模块由模数转换器组成，模数转换器将分时复用器模块输出的状态数据信号转换为二进制信号；即，分时复用器模块输出的电芯电压信号和电芯温度信号输入至模数转换器模块中，然后转换出电芯电压信号和电芯温度信号的二进制信号，最后将二进制信号传输至云端。

进一步地，新能源电池均为同种类型电池，且各个新能源电池均为串联连接。所述新能源电池包括铅酸电池、镍氢电池、锰酸锂电池、磷酸铁锂电池以及三元锂电池。

进一步地，该系统使用外部提供的车载12V电源供电，或者使用新能源电池进行供电。

进一步地，根据被监测的新能源电池数量，将被监测的新能源电池分为若干个监测单元，每个监测单元包括至少一节新能源电池，各个监测单元串联连接。

与现有技术相比较，本发明的有益效果是：1）采用分布式监测结构，能够对新能源电池监测系统结构进行优化，通过采集并监测新能源电池的电芯电压、电芯温度参数，有效避免新能源电池局部出现过压、过温等紧急状态的发生，实现了实时监控新能源电池工作状态的目的；2）提出一种分时复用器模块，分时复用器模块具有多个输入端口和两个输出端口，多个输入端口分别连接分布式新能源电池模拟前端模块并输出电芯电压和电芯温度两种信号，通过模数转换器模块同时传输新能源电池电压温度的二进制信号，从而有效简化新能源电池监测系统，减少分布式新能源电池监测系统冗余模块，延长分布式新能源电池监测系统使用寿命。3）采用分布式新能源电池模拟前端模块和分时复用器模块的结构能够管理多个新能源电池组，消除了由传输通道不一致导致的延迟误差问题，分时复用同一模块采集新能源电池组的状态参数提高了分布式新能源电池监测系统的精度。4）采用一个模数转换器模块作为模数转换单元，具有成本低和集成度高的优点满足新能源电池监测系统的应用需求。5）本发明适用于新能源电池的状态监测，新能源电池监测数量可以根据电池组电芯的数量进行拓展，监测系统灵活可靠。

附图说明

图1表示为本发明新能源电池监测系统示意图。

图2表示为本发明的一个实施例新能源电池监测系统示意图。

图3表示为图2中A框的详细示意图。

图4表示为图3中B框的详细示意图。

图5表示为模数转换器模块的电路原理图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图，对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，为本发明新能源电池监测系统示意图，一种分时复用的新能源电池分布式监测系统，该分时复用的新能源分布式监测系统能够用于实时采集被监测的新能源电池的状态数据信号，包括分布式新能源电池模拟前端模块、分时复用器模块、模数转换器模块以及云端；所述分布式新能源电池模拟前端模块连接需要被监测的新能源电池；所述分时复用器模块上设有多个输入端和两个输出端，分时复用器模块与新能源电池模拟前端模块连接；所述分时复用器模块的两个输出端通过模数转换器模块与云端连接；模数转换器模块上设有多个输入端，能够涵盖分时复用器模块的多个输出端。各个分时复用器模块的输出端与模数转换器模块的输入端连接，模数转换器模块的输出端与云端连接。

如图2、3所示，所述分布式新能源电池模拟前端模块由运算放大器U和电阻R组成。其中新能源电池中的第一节电池的阴极和阳极连接到第一模拟前端模块O1，两个输出端分别为A1、B1；第二节电池的阴极和第二节电池的阳极要连接到第二采集模拟前端模块O2，两个输出端分别为A2、B2；第三节电池的阴极和第三节电池的阳极连接到第三模拟前端模块O3，两个输出端分别为A3、B3；第四节电池的阴极和第四节电池的阳极连接到第四模拟前端模块O4，两个输出端分别为A4、B4；第五节电池的阴极和第五节电池的阳极连接到第五模拟前端模块O5，两个输出端分别为A5、B5；第六节电池的阴极和第六节电池的阳极连接到第六模拟前端模块O6，两个输出端分别为A6、B6；第七节电池的阴极和第七节电池的阳极连接到第七模拟前端模块O7，两个输出端分别为A7、B7；第八节电池的阴极和第八节电池的阳极连接到第八模拟前端模块O8，两个输出端分别为A8、B8。所述的新能源电池组内所有电池均为串联连接。分布式新能源电池模拟前端模块按照比例放大设计，所述放大比例按电池最大电压与模数转换器模块的最大输入电压之比确定分布式新能源电池模拟前端模块最大放大比例。通过分布式新能源电池模拟前端模块将新能源电芯电压信号和电芯温度信号的状态数据传输至分时复用器模块的输入端。

本实施例中的分时复用器模块接收分布式新能源电池模拟前端模块的新能源电池组电芯电压信号和电芯温度信号。所述分时复用器模块共有16个输入，两个输出，分时复用器模块输入分别与分布式新能源电池模拟前端模块的输出端对应连接，所述连接为S1与A1连接，S2与A2连接，S3与A3连接，S4与A4连接，S5与A5连接，S6与A6连接，S7与A7连接，S8与A8连接；T1与B1连接，T2与B2连接，T3与B3连接，T4与B4连接，T5与B5连接，T6与B6连接，T7与B7连接，T8与B8连接。分时复用器模块接收云端指令信号，根据指令信号选择传输新能源电池组电芯电压和电芯温度的状态数据，能够实现选择输出新能源电池组内某一节电池的状态数据，也可以根据指令信号扫描传输新能源电池组所有电池的状态数据。实现了对新能源电池组整体监测和单节电池监测，同时也可以按照新能源电池组电芯电压信号和电芯温度信号选择其中一种状态数据进行传输，实现了云端分时发送指令信号复用同一模块传输新能源电池组电芯的状态数据。

本实施例中如图4所示分时复用器模块分别连接分布式新能源电池模拟前端模块和云端指令信号端，云端指令信号端连接分时复用器模块的X1、X2、X3。所述控制指令是一组三位二进制指令信号，能够控制分时复用器模块切换输入到输出的通道导通。具体为当接收指令为000时，第一通道与第九通道闭合，其他通道断开，当接收指令为001时，第二通道与第十通道闭合，其他通道断开，当接收指令为010时，第三通道与第十一通道闭合，其他通道断开，当接收指令为011时，第四通道与第十二通道闭合，其他通道断开，当接收指令为100时，第五通道与第十三通道闭合，其他通道断开，当接收指令为101时，第六通道与第十四通道闭合，其他通道断开，当接收指令为110时，第七通道与第十五通道闭合，其他通道断开，当接收指令为111时，第八通道与第十六通道闭合，其他通道断开。分时复用器模块可以根据分布式新能源电池模拟前端的数量进行拓展。

使能端又称允许输入端或禁止端。它是控制信号输入端，又叫使能输入端enable，是一个输入引脚，或者电路的一个输入端口，只有该引脚激活才能工作；分时复用器模块具有单独的使能开关，使能端未上电则分时复用模块不工作，不会向数据转换器模块传输数据；使能端上电时分时复用器模块正常工作。因此分时复用器可以作为隔离器，能避免了模数转换器模块和数据传输模块等数字电路被电池高电压击穿、瞬时电流击穿等问题，保证了分时复用的新能源分布式电池监测系统的稳定性和可靠性。

如图5所示，分时复用器模块的输出端与模数转换器模块的输入端连接，所述模数转换器模块的输入端数量能够涵盖分时复用器模块的输出端数量。模数转换器模块由模数转换器组成，模数转换器具有将电信号转换为二进制信号的功能。模数转换器模块的输入端与分时复用器模块的输出端连接，模数转换器模块的输出端与云端连接。模数转换器模块首先接收新能源电池的电芯电压和电芯温度的电信号，然后转换出新能源电池的电芯电压和电芯温度的二进制信号，最后传输至云端。

Claims (7)

1.一种分时复用的分布式新能源电池监测系统，该分时复用的新能源分布式监测电池系统能够用于实时采集被监测的新能源电池的状态数据信号，其特征在于，包括分布式新能源电池模拟前端模块、分时复用器模块、模数转换器模块以及云端；所述分布式新能源电池模拟前端模块为比例放大电路，比例放大电路包括新能源电池监测输入点和新能源电池监测输出点，新能源电池监测输入点用以连接需要监测的新能源电池，各个分布式新能源电池模拟前端模块分布布设，形成新能源电池的分布式监测结构；所述分时复用器模块上设有多个输入端和两个输出端，分时复用器模块的输入端与新能源电池监测输出点连接；所述分时复用器模块的两个输出端通过模数转换器模块与云端连接；分时复用器模块的两个输出端中，由云端控制指令选择被监测的新能源电池的状态数据信号输出，根据不同时段复用同一分时复用器模块输出被监测新能源电池的状态数据信号；模数转换器模块上设有多个输入端，能够涵盖各个分时复用器模块的输出端并与分时复用器模块的输出端连接；模数转换器模块的输出端与云端连接；分时复用器模块能够接收云端提供的控制指令，所述云端根据被监测的新能源电池控制分时复用器模块选择输出状态数据信号，并将输出状态数据信号连接至模数转换器模块；所述模数转换器模块由模数转换器组成，模数转换器将分时复用器模块输出的状态数据信号转换为二进制信号；即，分时复用器模块输出的电芯电压信号和电芯温度信号输入至模数转换器模块中，然后转换出电芯电压信号和电芯温度信号的二进制信号，最后将二进制信号传输至云端。

2.如权利要求1所述的一种分时复用的分布式新能源电池监测系统，其特征在于，所述的比例放大电路由运算放大器U和电阻R组成，电阻R包括定值电阻和比例电阻；被监测的新能源电池正极和负极分别连接两个不同定值电阻的正端，该两个不同定值电阻的负端均与比例电阻的正端以及运算放大器U的输入端连接；比例电阻的负端连接至运算放大器U的输出端；比例放大电路的放大倍数按照放大比例设计，所述放大比例为被监测的新能源电池最大电压与模数转换器模块的最大输入电压之比。

3.如权利要求1所述的分时复用的分布式新能源电池监测系统，其特征在于，分时复用器模块的输入端能够满足被监测的新能源电池的状态数据信号采集需求，且分时复用器模块的输入端数量大于等于两倍被监测的新能源电池数量；所述的状态数据信号包括新能源电池的电芯电压信号和电芯温度信号；所述分时复用器模块的两个输出端能够同时输出新能源电池的电芯电压信号和电芯温度信号。

4.如权利要求3所述的分时复用的分布式新能源电池监测系统，其特征在于，所述的新能源电池的电芯电压信号和电芯温度信号，经由分布式新能源电池模拟前端模块的比例放大电路获得：当新能源电池的电芯电压发生变化时，通过分布式新能源电池模拟前端模块的比例放大电路采集电芯电压信号，并将电芯电压信号比例放大后传输至分时复用器模块的输入端；当新能源电池的电芯温度发生变化时，通过分布式新能源电池模拟前端模块的比例放大电路采集电芯温度信号，并将电芯温度信号比例放大后传输至分时复用器模块的输入端；分时复用器模块的一个输出端与新能源电池的电芯电压信号连接，另一个输出端与新能源电池电芯温度信号连接。

5.如权利要求1所述的分时复用的分布式新能源电池监测系统，其特征在于，新能源电池均为同种类型电池，且各个新能源电池串联连接；所述新能源电池包括铅酸电池、镍氢电池、锰酸锂电池、磷酸铁锂电池以及三元锂电池。

6.如权利要求1所述的分时复用的分布式新能源电池监测系统，其特征在于，该分时复用的分布式新能源电池监测系统使用外部提供的车载12V电源供电，或者使用被监测的新能源电池进行供电。

7.如权利要求1所述的分时复用的分布式新能源电池监测系统，其特征在于，根据被监测的新能源电池数量，将被监测的新能源电池分为若干个监测单元，每个监测单元包括至少一节新能源电池，各个监测单元串联连接。

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